深厚覆蓋層全帷幕灌漿技術研究與應用

駱秋林

（身份證號：500101198408108258 四川省成都市 611730）

前言

在桐子林水電站深厚覆蓋層帷幕灌漿工程，其特點是工期緊、且工程量大、施工場地開闊，根據工程條件，宜選用預埋花管灌漿自下而上阻塞灌漿法進行灌注，但孔壁填料的配合比，必須根據材料性能、加工方法、要求養護時間、施工條件和水文地質條件等具體情況，由試驗確定。在施工進度、客觀外部環境不能滿足孔壁填料試驗要求時，研究改進一種新型的代替孔壁填料的工藝迫在眉睫，經過反復研究改進，用模袋代替孔壁填料的方案逐步成型，以滿足進度及質量的要求。

1 工程概況

桐子林水電站位于四川省攀枝花市鹽邊縣境內的雅礱江干流上，是雅礱江干流下游最末一級梯級電站，其上游梯級有錦屏一級、錦屏二級、官地水電站和二灘水電站。桐子林水電站深厚覆蓋層帷幕灌漿工程，位于二期上游圍堰左岸堰肩，其目的在于通過帷幕灌漿形成止水帷幕，為后期基坑開挖提供干燥環境。

2 工程特點及施工難點

桐子林水電站二期上游圍堰左堰肩覆蓋層防滲灌漿工程總量約2.33萬m，覆蓋層厚約60～91m，地層復雜，為沖洪積、塌滑堆積及崩積成因的砂卵石（alQ3）、砂層夾卵石層、塊碎石夾土、砂卵礫石夾粉細砂、碎石土構成。其防滲灌漿工程工期緊、技術難度大、質量要求高，國內尚無類似經驗借鑒，依靠傳統的工藝工法難以滿足進度及質量要求。為此，針對構成復雜、地下動水活躍的深厚覆蓋地層，需探索尋求一種新型施工工藝以達到“一鉆到底、連續灌漿”的目的。

3 覆蓋層帷幕灌漿技術參數

3.1 防滲要求

覆蓋層防滲帷幕灌漿部位其滲透系數小于1×10-4cm/s。

3.2 帷幕灌漿布孔形式

左岸堰肩灌漿孔設計為3排（背水排、迎水排中間加布一排灌漿孔），排距為0.75m，孔距為1.5m，灌漿孔呈梅花形布孔。每排孔分兩序施工，先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔。

3.3 施工順序

施工時按先施工背水排、再施工迎水排、最后施工中間排的順序進行施工。

3.4 工藝流程

施工工藝流程：場地平整（如需要）→混凝土蓋板澆筑（如需要）→鑲鑄孔口管→先導孔施工→背水排施工→迎水排施工→中間排施工→檢查孔取芯、注水試驗→檢查孔灌漿封孔。

3.5 灌漿段長、壓力

（1）第一段段長為2.0m，第2段為3.0m，以下各段為5.0m。

（2）各段次的壓力計算

各段次的灌漿壓力按表1執行。

表1 灌漿壓力一覽表

3.6 灌漿漿液選擇

為確保漿液的擴散半徑，各灌漿孔段首次灌漿時均采用純水泥漿開灌，純水泥漿液的比級及開灌比如下：

（1）迎水排灌漿孔采用 0.8：1、0.6：1兩個水灰比比級，采用 0.8：1的水泥漿開灌，根據漿液變換原則加濃漿液灌注。

（2）背水排灌漿孔采用 1：1、0.8：1、及 0.6：1 三個水灰比比級，開灌水灰比為1：1，地層耗漿量較大時逐級變漿加濃漿液灌注。

（3）中間排灌漿孔采用 2：1、1：1、0.8：1、0.6：1 四個水灰比比級，開灌水灰比為2：1，根據漿液變換原則加濃漿液灌注。

4 施工方法選擇

4.1 覆蓋層帷幕灌漿方法比較

目前，適用于覆蓋層帷幕灌漿的工藝工法主要有：循環鉆灌法、預埋花管法、套管灌漿法等。

（1）循環鉆灌法：這種方法是在沖積層中自上而下逐段進行鉆孔和灌漿，各段灌漿都在孔口封閉。其缺點是：由于鉆灌工序交替進行，因此工效相對較低；各段灌漿均在孔口封閉，因而灌漿時地表常常冒漿嚴重，既使進行深部灌漿時，也不能使用很高的灌漿壓力；當覆蓋層由多種地層組成，需要灌注不同類型漿液時，難以施工。

該方法應用廣泛，在本世紀初我國的小南海地震堆積壩、冶勒灌漿試驗、下坂地灌漿試驗等均有應用與研究。但對與深厚覆蓋層的工藝工法并無突破性改進。

（2）預埋花管法：也稱套閥花管法、袖閥花管法。它是法國人首先發明的，也稱為索列丹斯（Soletanche）法。這種方法是首先鉆出灌漿孔，在孔內下入特制的帶有孔眼的灌漿管（花管），灌漿管與孔壁之間填入特制的“填料”，然后在灌漿管里安裝雙灌漿塞分段進行灌漿。缺點是需要預埋花管，且無法回收。以前我國塑料工業不發達，需要使用大量鋼管，加大了工程造價。其次，預埋花管法的施工程序較多，花管的制作和下設、填料、灌漿等技術均比較復雜。

此灌漿方法在20世紀50～80年代，在德國、法國、日本等地應用廣泛，但在工藝、技術上均未有重大突破；我國在20世紀60年代引進并實施此灌漿方法，之后極少研究與應用。

（3）套管灌漿法：是利用鉆孔時的護壁套管進行灌漿的方法。它的施工程序是：套管護壁鉆孔→下入灌漿管→起拔套管（1～2m）→安裝灌漿塞→灌漿→再起拔套管及灌漿管（1～2m）→安裝灌漿塞→灌漿→重復上述工序，灌注至孔口。其特點：采用這種施工方法，鉆孔由于有套管護壁，消除了塌孔之慮。采用先進的全液壓工程鉆機和跟管鉆進，效率高，孔深可達60m左右。需要注意的是在灌漿過程中，漿液容易沿著套管外壁向上流動，甚至地表冒漿；如果灌注水泥漿時間過長，則可能會凝結固住套管，造成起拔困難。

其他如打管灌漿法、無塞上提灌漿法等均可適用于覆蓋層灌漿，但由于處理深度等原因，在深厚覆蓋層帷幕灌漿中極少使用。

深厚覆蓋層灌漿，不好解決的困難：①鉆孔深度難度，要使用高性能的鉆機，效率才高；②孔內阻塞方式，要解決塞不好卡、漿液順著套管上返等等難題，尋求不到好的阻塞方法，會給灌漿質量帶來隱患，也嚴重影響進度。

4.2 覆蓋層帷幕灌漿方法選擇與研究

為克服本工程地質條件復雜、處理深度大、鉆孔精度要求高、成孔難度大、施工強度大的技術難題，桐子林水電站深厚覆蓋層帷幕灌漿研發了“預設花管內注漿式膨脹膜袋分段阻塞灌漿法”施工技術，并已申報專利。

在桐子林水電站深厚覆蓋層帷幕灌漿工程中，需要與防滲墻進行搭接，要求防滲墻施工完成后灌漿搭接方可施工，其特點是工期緊、且工程量大、施工場地開闊，根據工程條件，宜選用預埋花管灌漿自下而上阻塞灌漿法進行灌注，但孔壁填料的配合比，必須根據材料性能、加工方法、要求養護時間、施工條件和水文地質條件等具體情況，由試驗確定。施工時間已不能滿足孔壁填料試驗要求，研究改進一種新型的代替孔壁填料的工藝迫在眉睫，經過反復研究改進，用模袋代替孔壁填料的方案逐步成型，以滿足進度及質量的要求。

“預設花管內注漿式膨脹膜袋分段阻塞灌漿法”原理如下：使用先進的進口鉆機克萊姆-KR805-1巖錨鉆機跟管鉆孔，一次性鉆透覆蓋層到設計孔深（最深92m：覆蓋層91m，入巖1m），套管內下設設有分段模袋（模袋安裝在花管外）的花管，（在膜袋部位鉆設膜袋注漿孔，注漿孔孔徑大于灌漿用出漿孔孔徑且不安設密封橡皮套），之后起拔套管；灌漿時采取自下而上的方式；在花管內，距孔底第一環膜袋注漿孔上方約20cm處下設氣壓灌漿塞，預先使用濃水泥漿，在0.3MPa的壓力下膨脹模袋，起到阻塞的作用（由于灌漿用出漿孔設有密封橡皮套，低壓注漿時，漿液只能從膜袋注漿孔流出填充膜袋，從而達到預先充填膜袋的目的）；當模袋充分膨脹、泌水結實后，繼續升高壓力，此時密封橡皮套打開，水泥漿經花管進入孔內，繼續升壓，按每段的設計壓力，開始覆蓋層灌漿。

4.3 覆蓋層帷幕灌漿方法擴展

“預設花管內注漿式膨脹膜袋分段阻塞灌漿法”在一定程度上仍受限與鉆孔機械的性能，可與“孔口封閉孔內循環灌漿法”法綜合運用，以提高灌漿深度及功效。

5 灌漿成果

（1）為詳盡掌握覆蓋層分層及構成情況，本工程灌前先導孔和灌后檢查孔均進行了取芯施工，其典型芯樣對比見圖1。

圖1 砂卵石夾孤（塊）石

根據巖芯實物查看：水泥漿脈清晰可見，水泥充填使砂卵礫石有效膠結、成為整體，說明灌漿效果顯著。

（2）“預設花管內注漿式膨脹膜袋分段阻塞灌漿法”的運用，解決了深達90m的覆蓋層灌漿的技術可行性難題。

灌后基坑抽水，每次每間隔4h，每次抽水1h左右，總的抽水量300～400m3。經檢查，帷幕滲透系數不大于1×10-4cm/s。

6 結語

桐子林水電站深厚覆蓋層灌漿工程地層構成復雜、地下動水活躍，針對傳統“預埋花管法”中“填料”工序在此地質條件下難以實施且填料質量無法保障的現狀，成功研發了“預設花管模袋式分段阻塞灌漿法”并得以推廣應用，較好地解決了深厚覆蓋層灌漿快速、高精度施工的技術難題，受水文地質條件影響小，可廣泛應用于覆蓋層灌漿、圍堰、堤防滲漏搶險等工程。